AULA NITROGENIO

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Nitrogênio 
BB072 2018 
O nitrogênio (N) é considerado elemento essencial para as plantas, 
pois está presente na composição das mais importantes biomoléculas, 
tais como ATP, NAD, NADP, clorofila, proteínas e inúmeras enzimas 
(MIFLIN & LEA, 1976; HARPER, 1994). Em muitos sistemas de 
produção, a disponibilidade de nitrogênio é quase sempre um fator 
limitante, influenciando o crescimento da planta mais do que qualquer 
outro nutriente. 
Atmosfera: 78 % N2 (NΞN)- reservatório indisponível as plantas 
O nitrogênio é necessário em maior 
quantidade pelas plantas 
Modificado de Buchanan (2000) 
Importância do N 
-Nas plantas, é componente responsável por várias reações além de fazer 
parte da estrutura da clorofila e de enzimas e proteínas. 
-Por ser elemento essencial, seu balanço afeta a formação de raízes, a 
fotossíntese, a produção e translocação de fotoassimilados e a taxa de 
crescimento das folhas e raízes, sendo o crescimento foliar primeiramente 
afetado com consequente diminuição no crescimento das plantas e na 
produtividade. 
A molécula de NΞN tem três ligações covalentes. Para transformar o nitrogênio 
molecular em outras formas de nitrogênio (NH3 por exemplo), essas 3 ligações têm 
que ser quebrados. Esse processo necessita 950 kJ/mol. 
FIXAÇÃO INDUSTRIAL (formação de fertilizantes) 
Em 1910-1914, Haber e Bosch desenvolveram um método para 
produzir amônia a partir do nitrogênio molecular atmosférico, 
isso permitiu o crescimento da indústria dos fertilizantes em 
grande escala. 
Indústrias de produtos nitrogenados – 80x106 ton/ano de fertilizantes 
nitrogenados 
FIXAÇÃO ATMOSFÉRICA 
Ciclo do Nitrogênio 
 O ciclo do N envolve 5 etapas importantes e 
que ocorrem concomitantemente 
 1-Amonificação 2-Nitrificação 3-Desnitrificação 
Transformação do nitrogênio no solo 
Amonificação 
• O nitrogênio orgânico é convertido 
para amônia (NH3) por uma variedade 
de microorganismos; 
• Parte da amônia pode retornar para a 
atmosfera (100 milhões de toneladas 
por ano) por volatilização, porém a 
maioria é convertida em nitrato pelas 
bactérias presentes no solo. 
 
Nitrificação 
• A 1ª etapa na formação de nitrato é a 
oxidação de NH3 para NO
2- (nitrito) 
pelas bactérias do gênero 
Nitrossomonas e Nitrococus. 
• Em seguida, NO2- é oxidado para NO3- 
(nitrato) pelas bactérias do gênero 
Nitrobacter. 
 
Desnitrificação 
• Algumas bactérias anaeróbicas reduzem o NO3- para nitrogênio 
gasoso (N2, NO e N2O), o qual é perdido para a atmosfera (170 
milhões de toneladas por ano). 
• Estas bactérias utilizam o NO3- no lugar do O2, como receptor final 
de elétrons para a respiração. 
• Este processo é comum em ambientes pobres em oxigênio (solos 
inundados ou compactados, etc.) 
Nitrificação ou Desnitrificação 
4- Assimilação & Fixação Do Nitrogênio 
Assimilação do Nitrato 
 NO3 NO3 NO3 NO3 NO3 
NO3 NO2 
Ou NH4+ 
Nitrato é a forma de N absorvida 
pelas plantas e usada nos mais 
diversos processos fisiológicos. 
Nas plantas superiores, a assimilação de nitrogênio (N) é o segundo maior 
processo metabólico, sendo superado apenas pela fotossíntese. As plantas 
absorvem o N do solo principalmente nas formas de nitrato e amônio, 
disponíveis a partir da mineralização da matéria orgânica ou pela aplicação 
de fertilizantes químicos. 
Em cultivos comerciais, após a melhoria das qualidades químicas e 
microbiológicas do solo (obtidas por meio de calagem e adubações corretivas), 
o nitrato é a principal forma de N disponível para as plantas. Entretanto, em 
áreas onde o pH do solo é naturalmente baixo ou não foi devidamente corrigido, 
a atividade microbiana é baixa, impedindo a conversão do amônio em nitrato. 
Nessas condições, os fertilizantes nitrogenados aplicados na forma de ureia 
(principal fonte de N nos fertilizantes comerciais brasileiros) não são 
transformados em nitratos, permanecendo no perfil do solo como amônio e, 
nesse caso pode ser absorvido. 
ABSORÇAO E ASSIMILAÇÃO DO NITRATO 
ABSORÇÃO DO NITRATO 
A absorção do NO3- é um 
transporte ativo secundário ( 
requer gasto de ATP) e é 
mediada por dois tipos de 
carregadores:os 
carregadores de baixa 
afinidade (operam quando a 
concentração externa de N é 
alta) e os carregadores de 
alta afinidade que atuam sob 
baixas concentrações 
externas de N. 
Uma vez absorvido pela célula, o nitrato é reduzido a nitrito pela redutase do 
nitrato (RN) e, em seguida, a amônio, pela redutase do nitrito (RNI). Esse 
amônio é imediatamente assimilado por meio da ação conjunta das enzimas 
glutamina sintetase (GS) e glutamato sintase (GOGAT). Os processos de 
redução e assimilação de N podem ocorrer nas folhas e/ou raízes, de 
maneira simultânea ou não entre esses órgãos, de acordo com a espécie e 
com as condições ambientais. 
ASSIMILAÇAO DO NITRATO: 
NITRATO NITRITO 
• enzima sintetizada de novo 
• A localização: no CITOSOL e pode 
estar próxima a membrana do 
cloroplasto durante o tempo de 
redução 
(facilita o rápido transporte de NO2
- 
para dentro do cloroplasto, pois é um 
composto altamente tóxico). 
ASSIMILAÇAO DO NITRATO: 
NITRITO AMONIO 
REDUTASE DO NITRITO (RNi) 
• É uma enzima dependente de 
FERREDOXINA (FD). 
• Enzima preexistente 
• É formada de uma sub-unidade de 
60-64 KDa de massa molecular e 
contém siro-heme como grupo 
prostético (4Fe-4S) no seu sítio ativo. 
• Localização: plastídeos 
O AMONIO NÃO ACUMULA NA CÉLULA POIS ELE É TOXICO. 
EFEITO TOXICO DA AMONIA 
A amônia dissipa o 
gradiente de pH 
entre as membranas. 
NH4+ + OH- 
 
 
NH3 + H2O 
ASSIMILAÇAO DO NITRATO: 
AMONIO COMPOSTOS ORGÂNICOS 
1- GLUTAMINA SINTETASE (GS) 
 
•Enzima responsável pela 
assimilação do NH4+(NH3), o qual é 
incorporado na forma no glutamato 
pela aminação no C5 resultado na 
formação da glutamina. 
•A catálise da GS é dependente de 
ATP para converter Glu em Gln e 
está presente em todos os tecidos 
das plantas. 
• Porta de entrada da amônia para a 
formação dos aminoácidos em 
plantas superiores. 
•Localização: CITOSOL (GS1) e 
CLOROPASTOS (GS2) ou 
PLASTÍDIOS 
2- DESIDROGENASE DO GLUTAMATO - GDH 
•Enzima mitocondrial de vários tecidos vegetais 
•Dependente de NADH 
• Importante em tecidos senescentes 
ASSIMILAÇAO DO NITRATO: 
AMONIO COMPOSTOS ORGÂNICOS 
ASSIMILAÇAO DO NITRATO: 
AMONIO COMPOSTOS ORGÂNICOS 
 
3- GLUTAMATO SINTASE (GOGAT) 
 
•É a enzima responsável pela transferência do grupo amida da Gln para o 
Oxoglutarato para produzir 2 moléculas de glutamato (Glu). 
•Duas diferentes formas de GOGAT estão presentes em plantas superiores: 
Uma utiliza a Ferredoxina reduzida (FD) como fonte de poder redutor e 
está presente em altas concentrações nas folhas (cloroplastos). A outra 
utiliza o NADH e está presente em baixas concentrações nas folhas, mas 
tem um grande papel na fixação do N2 pelos nódulos. 
Resumindo 
FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO ATMOSFÉRICO 
FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO ATMOSFÉRICO 
►Na fixação biológica de nitrogênio, o N2 da atmosfera é 
convertido para NH3, que pode ser posteriormente 
incorporado em compostos orgânicos (assimilação). 
 
►A fixação biológica de nitrogênio pode ser feita por 
bactérias de vida livre (fixação assimbiótica do N) ou por 
bactérias que formam associações com plantas superiores 
(fixação simbiótica do N). 
Acacia angustissima 
FORMAÇÃO DO NODULO 
As etapas de criação da 
simbiose entre 
Rhizobium e uma 
leguminosa. 
 
 
1-Sob deficiência de nitrogênio, a raiz secreta flavonóides. 
Estesatraem os rizóbios que vivem no solo por quimiotaxia 
positiva e ativa os genes responsáveis pela nodulação (genes 
 NOD). 
2 - Os rizóbios anexam as extremidades dos pêlos 
radiculares (lectinas). 
3 – O fio de infecção cresce e os nizóbios crescem e produzem 
fatores Nod. Sua biossíntese é realizada por enzimas que são 
codificadas por genes ativados pelos genes NOD. Esses fatores 
difundem até o parênquima do córtex da raiz e induzem a divisão 
celular. O primórdio do nódulo é formado. 
4- após o tubo de infecção atingir o primórdio nódulo, o 
Rhizobium entram nas células por fagocitose. 
5- O enorme aumento no volume da célula hospedeira 
acompanhada da diferenciação de Rhizobium em bacteróides 
que aumentan seu volume (10X); perdem os cílios e são 
incapazes de se dividirem. Os Bacterioides são os responsáveis 
pela fixação de N2. 
FISIOLOGIA DA FIXAÇAO SIMBIOTICA DO NITROGÊNIO 
Neste tipo de associação, a leguminosa fornece carboidratos para a bactéria, que 
quando oxidados produzem os elétrons necessários para a redução do N2 , em 
troca, a bactéria fornece à leguminosa o nitrogênio fixado (NH4+ ). A reação é 
catalisada pelo complexo nitrogenase e demanda muita energia: 
Essa reação requer 8 elétrons sendo 6 para redução do N2 e 2 para redução de 2H
+ 
para H2. NADH + H
+ e ATP são fornecidos pelo ciclo do citrato e cadeia respiratória. 
Os elétrons passam primeiro para NADH e depois para a ferredoxina. 
 A ferredoxina reduzida fornece os elétrons para o complexo nitrogenase. 
Este complexo é formado por 2 proteínas- Proteína Fe e Proteína Fe-Mo 
Complexo Nitrogenase é constituído por 2 proteínas: 
1. Fe-proteína: 
• Massa molecular: 30–72 kDa; 
• 2 sub-unidades proteicas; 
• 4 átomos de Fe-S (Fe4 -S4 ); 
• Irreversivelmente inativada por O2 (meia-vida de 30 a 45 s) 
2. MoFe-proteína: 
• Massa molecular: 180–235 kDa; 
• 4 sub-unidades protéicas; 
• 28 átomos de Fe-S e 2 átomos de Mo; 
• Também inativada por O2 (meia-vida de 10 minutos no ar) 
A Nitrogenase não é especifica para o N2 sendo capaz de reduzir outras 
substancias: Por exemplo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(A redução de acetileno (C2H2) para etileno (C2H4) é utilizado para 
determinar a atividade da nitrogenase, por cromatografia) 
-Sob condições naturais, quantidades substanciais de H+ são 
reduzidas ao gás H2. 
-Nos rizóbios, 30 a 60% da energia fornecida para a nitrogenase 
podem ser perdidos como H2 , diminuindo a eficiência da fixação do 
nitrogênio. 
-Alguns rizóbios 
tem uma hidroge- 
nase que cliva o H2 
e gera elétrons 
 para a fixação 
do nitrogênio. 
 
- A nitrogenase é irreversivelmente inativada pelo O2 
- LEGHEMOGLOBINA 
Transporte de N pela planta 
UREÍDEOS 
Amino ácidos 
Qual a melhor forma para transporte de N? C/N 
amidas 
PLANTA SEM NODULO PLANTA NODULADA